我是潘，曾经是个工程师。这是“Arduino 公开课” 系列的入门教程。上一课介绍了霍尔传感器的测速原理，现在将继续通过外部中断，来读取旋转编码器的信息。同时我们利用两个程序去分析中断的效率。有任何疑问请在评论区提出，我会逐一回答。
编码器外形很像电位器，但它的输出的是两路脉冲信号，通过程序对比来判断顺时针、逆时针以及增减量是多少。人机交互中，编码器可以精确控制输出，每一个脉冲信号代表一个调整信号，而且它的旋转没有圈数限制，使用灵活、不容易磨损。
常见的旋转编码器，每圈有16步到1024步等多种型号，配合旋转编码器上的按键，可以复位到初始状态，即从0开始计数。现在我们使用的是一圈20步机械编码器，其抖动较大，程序中需要去抖处理，但日常使用足够了，而在高精度场合可以使用光栅型的。
旋转编码器模块有5个引脚，分别是VCC, GND, Switch（中轴复位按键）、编码端A、编码端B（有些产品会将A、B端标记为CLK、DT，完全等效）。
这类旋转编码器模块一般在 A、B 两端内置了上拉电阻，而单个元件的则需要自己接上拉电阻。
我们不深究期内部原理，只要知道，机械旋转编码器有类似齿轮缺口与感应的机制（光学型为光栅感应），旋转时，A、B两路脉冲将输出不同的讯号，正转与逆转得到不同的一串讯号：
来源：Arduino 官方网站
程序设计逻辑是：
当 B 信号输出低电平，A 输出高电平，则为顺时针，反之为逆时针；或者：
当 B 信号输出高电平，A 输出高电平，则为逆时针，反之为顺时针。逻辑图如下：
看出规律吗？当A、B信号反转时，顺时针；当A、B信号一样时，逆时针。
接线方式很简单，只要将模块 Vcc、GND、A、B 分别接电源和D2、D3，（如果是单个元件，A、B 分别接 10K 拉电阻），通过下面程序测试一下：
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/*
作者：Ardui.Co
效果：旋转编码器每部增减1
版本：1.0
更新时间：2017年2月21日
*/
constbyteinterruptPinA=2;
constbyteinterruptPinB=3;
unsignedlongtime=0;//临时时间变量，用于防抖
longcount=0;//计数值
longnum=0;
voidsetup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(interruptPinA,INPUT);
pinMode(interruptPinB,INPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPinA),Addition,LOW); //调用中断Addition
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPinB),Subtraction,LOW);
time=millis();//时间初值
}
voidloop()
{
while(num!=count)//每次调整只输出1次，避免loop反复输出结果
{
num=count;
Serial.println(num);
}
}
voidAddition()
{
if((millis()-time)>5)//防抖
count++;
time=millis();
}
voidSubtraction()
{
if((millis()-time)>5) //防抖
count–;
time=millis();
}
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打开串口监视器旋转编码器，可以看到数字按每步±1变化。对于机械编码器，我们加入了 5ms 防抖延时。另外，A、B两个端口是可以互换的，但互换后旋转方向会反转。
这个程序看似很完美，不过，占用了两个宝贵的中断端口，尤其是Uno，就没办法做其他中断处理了。实际上，完全可以用其他数字端口来操作，但我一般不建议这样做：
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/*
作者：Ardui.Co
效果：旋转编码器每部增减1，不占用中断端口
版本：1.0
更新时间：2017年2月21日
*/
intencoderPos;
constintencoderPinA=4;
constintencoderPinB=5;
booleanencoderALast; // 记录前一次A端口的状态
voidsetup()
{
pinMode(encoderPinA,INPUT);
pinMode(encoderPinB,INPUT);
digitalWrite(encoderPinA,HIGH);
digitalWrite(encoderPinB,HIGH);
Serial.begin(9600);
}
voidloop()
{
booleanencoderA=digitalRead(encoderPinA);
if((encoderALast==HIGH)&&(encoderA==LOW))//第一个条件的作用是延时
{
if(digitalRead(encoderPinB)==LOW)
{
encoderPos–;
}
else// 相当于encoderPinB == HIGH
{
encoderPos++;
}
Serial.println(encoderPos);
}
encoderALast=encoderA;
}
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encoderALast 作用是延时，确保每一步只增减 1。 如果 A 处于LOW状态，说明刚结束一个循环。第二个循环中，if 判断先不执行，同时由于 digitalRead(encoderPinA) 永远能读出 HIGH （上拉电阻），所以 encoderALast 又会被赋予 HIGH。直到第三个循环就可以执行了下一个步进了。
简单来讲，encoderALast 确保每隔一个 loop() 才执行一个步进，由于 loop 时间很短，所以旋转时不会感到延时的存在，但又能防止一个步进促发多次增减。
回到刚才的问题，为什么可以通过数字端口实现，我们却要用宝贵的中断端口呢？看看官方教程解释：
Using interrupts to read a rotary encoder is a perfect job for interrupts because the interrupt service routine (a function) can be short and quick, because it doesn’t need to do much.
“中断很适合旋转编码器，因为中断过程短且块，这过程中无需要做太多其他事情。”
具体含义是，中断能够释放CPU的资源。对于Arduino来说，每次loop()、对每个数字端口的扫描、监测都会消耗非常有限的CPU资源。如果不采用中断，CPU要不断扫两个数字端口，判断描编码器是否有输入，效率极为低下。
而采用中断，CPU可以不管输入状态，而进行其他任务，只有当旋转编码器发出中断请求时才响应。所以，在第一个程序中，如果不需要在屏幕上输出结果，loop() 完全可以置空，或者加入其他更重要的内容。
外部中断就介绍到这里，以后我们会经常用到。后面我们会深入 Arduino 内部，介绍内部中断的原理和使用。